基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位平臺的智慧車站設計研究

唐 路，楊順娣

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 638500）

0 引 言

火車站作為人流量密集的大型交通樞紐，是城市發(fā)展的重要動力，其運行效率決定著產(chǎn)業(yè)和城市空間布局的靈活性與高效性。實現(xiàn)旅客快進快出，對建設快速、便捷的鐵路客運網(wǎng)，實現(xiàn)鐵路客運高速化、公交化，提高鐵路運輸質量具有重要的意義。智慧車站的出現(xiàn)對內能夠提升火車站站內人員的工作效率、提高車站管理效率；對外增加旅客的出行體驗、提高旅客出行效率、提升旅客滿意度、提升車站形象，讓旅客在新時代的獲得感和幸福感更加充實。本文介紹了基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位平臺智慧車站的設計研究。

1 智慧車站業(yè)務需求

智慧車站是將相關的系統(tǒng)進行整合，為工作人員提供一個綜合運營管理平臺，并提供乘客服務、設備監(jiān)控、運營管理的智慧服務。利用4G/5G通信網(wǎng)絡設備能力，結合客流位置服務系統(tǒng)及主動定位引擎的位置服務能力，根據(jù)車站具體的運營、服務需要及車站的社會定位屬性。實現(xiàn)基于位置大數(shù)據(jù)的綜合服務能力平臺，通過信息化手段提高車站旅客服務質量、擴展車站服務場景、逐步降低車站運營成本，最終實現(xiàn)鐵路高質量發(fā)展時提供可靠的安全保障。

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位業(yè)務平臺介紹

2.1 總體介紹

業(yè)務平臺能滿足4G/5G 環(huán)境下的定位能力，為火車站提供站內綜合展示及導航解決方案，主要包括以下兩個系統(tǒng)。

（1）客流被動定位服務系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)指紋庫算法進行站內用戶定位，通過系統(tǒng)接口，獲取脫敏柵格級別統(tǒng)計信息，最終在大屏或者PC展示火車站總人數(shù)、分層總人數(shù)，不同區(qū)域人流密集情況、不同區(qū)域駐留時間等相關信息。

（2）主動定位引擎系統(tǒng)。通過平臺層主動定位引擎提供高精度的主動定位能力（接入4G/5G慣導等數(shù)據(jù)），在應用層提供位置查找、停車場導覽、人員到崗識別與管理，機器人智能代步/清掃等應用服務。用戶通過手機程序發(fā)起定位請求，通過主動定位引擎和大數(shù)據(jù)指紋庫結合進行定位和導航。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位的業(yè)務平臺總體架構如圖1所示。

2.2 定位原理

MR定位解決方案如圖2所示，其定位原理包括以下4個部分。

（1） 客流定位服務系統(tǒng)。由于手機在室內無法獲得有效的GPS信息，因此基于指紋的室內高精度被動定位必須要手機室內CQT數(shù)據(jù)處理后作為指紋庫，同時利用運營商XDR規(guī)范中UEMR中上報的用戶無線環(huán)境信息和指紋庫進行智能匹配來完成定位。并在與S1MME以及B域數(shù)據(jù)關聯(lián)處理后提供給應用進行展示。

（2）主動定位引擎系統(tǒng)。室內主動定位通過基于指紋的室內高精度定位結果作為初始位置和糾偏位置，結合從手機讀取的慣性導航數(shù)據(jù)進行位置計算，需要室內CQT數(shù)據(jù)處理后作為指紋庫，在用戶的手機上安裝軟件來搜集用戶所在的無線環(huán)境信息和指紋庫進行智能匹配來完成定位。

（3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡的指紋算法。利用離線階段建立的位置指紋數(shù)據(jù)庫，達到定位MR位置的目的，可實現(xiàn)較高的定位精度。

（4）指紋庫采集原理。一個小區(qū)發(fā)射信號的強度會隨著傳播距離的增加逐漸衰減，由于信號衰弱和周圍不規(guī)則障礙物遮擋，信號強度分布不可能像仿真軟件覆蓋分布那么規(guī)律，通常手機能夠同時觀測到其它多個鄰區(qū)信號，每一個鄰區(qū)的信號強度分布也符合上述特點。因此，手機終端在每一個位置都會觀測到一組小區(qū)的信號強度樣本值，并且在不同位置所接收到的這組小區(qū)的RSRP樣本值又不相同，這種特征信息定義為指紋庫特征。

神經(jīng)網(wǎng)絡的指紋算法對比常見定位方法見表1。

表1 神經(jīng)網(wǎng)絡的指紋算法與常見定位方法的對比

2.3 功能描述

2.3.1 大客流精準分析

實時客流監(jiān)控系統(tǒng)利用三維建模技術，呈現(xiàn)站內實時客流總人數(shù)和各樓層人數(shù)，并提供歷史人數(shù)和歷史駐留時長等相關的客流數(shù)據(jù)查詢服務，獲取客流的來源地、途徑地、年齡分布等基本信息。

通過結合熱力圖和密度圖的直觀呈現(xiàn)方法，利用顏色深淺和柱子高低直觀形象的呈現(xiàn)各柵格的人流密度，直觀呈現(xiàn)客流聚集區(qū)域人流分布情況以及擁擠程度，同時疊加站內出入口、商戶等信息，方便指揮調度。

最后結合大數(shù)據(jù)特征畫像技術（如客戶性別、年齡段、來源地，途徑地等信息），挖掘出更多有用的總結性數(shù)據(jù)。其中客戶性別和年齡分布根據(jù)實名制登記信息進行統(tǒng)計，來源地根據(jù)用戶手機號碼的歸屬地進行統(tǒng)計，途徑地根據(jù)用戶手機號碼途徑切換的基站位置進行統(tǒng)計。在疫情期間，公安等監(jiān)管部門可以通過獲取到的實時用戶出行信息進行及時有效的疑似感染人員管理及人員隔離，防止疫情蔓延，為國家安全和人民安全做到基本保障。

2.3.2 智能交通接駁

用客流被動定位服務系統(tǒng)平臺對交通樞紐接駁室內交通站點人流統(tǒng)計結合歷史人均等待時長，提示預計等待時長。

站內人員及智能設備定位導航如下。

（1）用戶進入火車站后可以通過手機軟件/微信小程序，實現(xiàn)對用戶自己位置的定位，同時能夠瀏覽樓內每一層的商戶/候車室信息，并對用戶導覽導航到某一個商戶/站臺/候車室等；

（2）車站管理人員可以實時獲取站內人員的位置及歷史行為軌跡，判斷其到崗情況，實現(xiàn)對外勤人員工作內容與進度的管理。遇到突發(fā)狀態(tài)也可以依據(jù)位置信息，實現(xiàn)對企業(yè)員工的合理調度與調配功能，保障高鐵等正常穩(wěn)定運行；

（3）輔助智能設備提供自動清掃、代步服務，進行精準導航定位、自動避障，自動尋路部署等服務。

3 主要面臨的問題

（1）由于業(yè)務平臺需要獲取運營商提供的用戶無線環(huán)境信息和指紋庫進行智能匹配來完成定位，需要通信管理部門總體協(xié)調國內三大運營商提供相關信息，以此來保證獲取信息的完整性，操作難度偏大，最終落地維度偏長。

（2）統(tǒng)計到的用戶信息包括來源地、途徑地、性別、年齡等需要遵循相關規(guī)范進行脫敏等處理，信息需要由公安機關統(tǒng)一管理，增大了公安機關的監(jiān)管難度。

（3）主動定位引擎系統(tǒng)中的指紋庫需要進行階段性的更新擴容和維護，不利于有效進行成本控制。

4 結 論

基于神經(jīng)網(wǎng)絡定位平臺的智慧車站能夠提供智能交通接駁服務、實時確定站內人員及智能設備的位置、統(tǒng)計站內用戶信息，輔助智能設備完成自動清掃、問答、代步、引導功能。車站可以通過統(tǒng)計到的信息進行大數(shù)據(jù)分析，提供針對不同用戶的業(yè)務，公安等監(jiān)管部門也可以實時統(tǒng)計用戶的出行信息，為國家安全和人民安全做到基本保障，防止疫情蔓延。